CN113964947A - 用于智能变电站的监测与预警方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能变电站的监测与预警方法及其控制系统，用于监控智能变电站的过程层设备的运行工况，并对其进行分析，所述监测与预警方法包括获取过程层设备的运行工况，得到多个运行工况遥测量；基于所述运行工况遥测量进行稳定分析，若分析结果为不稳定，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行趋势分析，若分析结果为越限，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行同期比对，若比对结果为异常，则发出预警信息。本发明对采集到的过程层设备的运行工况遥测量进行趋势分析、稳定分析、同期比对，根据分析结果判断此设备是否有发生异常的趋势，做到提前预警，将事后处理变为事前预防，提升了设备的稳定运行能力。

Description

用于智能变电站的监测与预警方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及变电站运维领域，特别涉及一种用于智能变电站的监测与预警方法及其控制系统。

背景技术

过程层是智能变电站中“三层两网”的重要组成部分，“三层”即站控层、间隔层、过程层，“两网”即站控层网络、过程层网络。站控层网络是间隔层设备和站控层设备之间的网络，其间通过MMS报文传输，过程层网络是间隔层和过程层之间的网络，其间通过GOOSE和SV报文传输，因此，过程层网络及过程层设备的稳定性是智能变电站安全运行的重要保障。

随着智能变电站的快速发展，过程层设备的类型、数量也日益增多，如今电力系统要求提升设备稳定运行的能力和智能变电站的安全性，但目前智能变电站的站内监控后台只能通过间隔层装置上送的链路异常告警信号来监视过程层二次虚回路的状态，无法直接监视过程层网络各物理通讯链路的状态，当过程层网络出现问题时，需耗费变电站现场运维人员大量的时间和精力，给智能变电站现场运维人员工作带来很大难度，工作效率低下。因此在智能变电站现场运维工作中，降低工作难度，提高工作效率是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对异常问题做到提前预警的用于智能变电站的监测与预警方法及其控制系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于智能变电站的监测与预警方法，用于监控智能变电站的过程层设备的运行工况，并对其进行分析，所述监测与预警方法包括：获取过程层设备的运行工况，得到多个运行工况遥测量；基于所述运行工况遥测量进行稳定分析，若分析结果为不稳定，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行趋势分析，若分析结果为越限，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行同期比对，若比对结果为异常，则发出预警信息。

进一步地，所述运行工况遥测量包括设备工作电压和/或温度和/或光口光强和/或光口流量。

进一步地，每个运行工况遥测量包括过程层设备编号和运行工况遥测量编号，其中，所述运行工况遥测量编号与所述设备工作电压、温度、光口光强、光口流量一一对应设置。

进一步地，所述获取过程层设备的运行工况包括：采集MMS报文和GOOSE报文，并对其进行解析，得到多个运行工况遥测量。

进一步地，所述获取过程层设备的运行工况还包括：将所述运行工况遥测量与过程层设备的物理位置关联起来，并在数据库中建立模型；获取多个运行工况遥测量后，并将其存储至所述数据库中。

进一步地，所述基于所述运行工况遥测量进行稳定分析包括：计算多个运行工况遥测量的实际标准差，并比较所述实际标准差与预设的标准差阈值，若所述实际标准差大于所述标准差阈值，则所述分析结果为不稳定，并发出预警信息。

进一步地，所述基于所述运行工况遥测量进行趋势分析包括：计算多个运行工况遥测量的斜率，且根据所述斜率计算预设时间区间后的运行工况遥测量的预测值，并比较所述预测值与预设的运行工况遥测量的上限值或下限值，若所述预测值大于所述上限值，或者，所述预测值小于所述下限值，则所述分析结果为越限，并发出预警信息。

进一步地，所述基于所述运行工况遥测量进行同期比对包括：确定互为同期的多个运行工况遥测量，计算互为同期的两个运行工况遥测量的差值，并比较所述差值的绝对值与预设的差值阈值，若所述差值的绝对值大于所述差值阈值，则所述比对结果为异常，并发出预警信息。

进一步地，所述预警信息包括通过图片形式输出的分析结果。

一种基于上文所述的监测与预警方法的控制系统，所述控制系统包括：

采集单元，其被配置为在统计时间内采集过程层设备的运行工况信息，并得到多个运行工况遥测量；

管理单元，其与所述采集单元电连接，所述管理单元内设有数据处理单元，所述数据处理单元被配置为处理所述多个运行工况遥测量以得到分析结果；所述管理单元被配置为根据所述分析结果发送预警信息至外部。

本发明对采集到的过程层设备的运行工况遥测量进行趋势分析、稳定分析、同期比对，根据分析结果判断此设备是否有发生异常的趋势，做到提前预警，将事后处理变为事前预防，提升了设备的稳定运行能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的监测与预警方法的流程框图；

图2为本发明实施例提供的稳定分析的分析结果示意图；

图3为本发明实施例提供的趋势分析的分析结果示意图；

图4为本发明实施例提供的同期比对的分析结果示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于智能变电站的监测与预警方法，该方法基于网络报文采集技术、IEC61850技术、统计学原理，对智能变电站中过程层设备的运行工况遥测量进行采样、计算处理、趋势分析、稳定分析、同期比对，以判断过程层设备的运行状态趋势，当出现异常问题时能够提前预警。本监测与预警方法包括：采集过程层设备的运行工况信息，得到多个运行工况遥测量；基于运行工况遥测量进行稳定分析，若分析结果为不稳定，则发出预警信息；基于运行工况遥测量进行趋势分析，若分析结果为越限，则发出预警信息；基于运行工况遥测量进行同期比对，若比对结果为异常，则发出预警信息。

运行工况遥测量包括设备工作电压和/或温度和/或光口光强和/或光口流量中的一种或多种，并且，每个运行工况遥测量包括过程层设备编号和运行工况遥测量编号，其中，运行工况遥测量编号与设备工作电压、温度、光口光强、光口流量一一对应设置。

获取过程层设备的运行工况包括：将运行工况遥测量与过程层设备的物理位置关联起来，并在数据库中建立模型；采集MMS报文和GOOSE报文，并对其进行解析，得到多个运行工况遥测量，并将其存储至数据库中。

基于运行工况遥测量进行稳定分析包括：计算多个运行工况遥测量的实际标准差，并比较实际标准差与预设的标准差阈值，若实际标准差大于标准差阈值，则分析结果为不稳定，并发出预警信息。其中，预警信息包括通过图形化方式输出的分析结果。

基于运行工况遥测量进行趋势分析包括：计算多个运行工况遥测量的斜率，且根据斜率计算预设时间区间后的运行工况遥测量的预测值，并比较预测值与预设的运行工况遥测量的上限值或下限值，若预测值大于上限值，或者，预测值小于下限值，则分析结果为越限，并发出预警信息。其中，预警信息包括通过图形化方式输出的分析结果。

基于运行工况遥测量进行同期比对包括：确定互为同期的多个运行工况遥测量，计算互为同期的两个运行工况遥测量的差值，并比较差值的绝对值与预设的差值阈值，若差值的绝对值大于差值阈值，则比对结果为异常，并发出预警信息。其中，预警信息包括通过图形化方式输出的分析结果。

具体地，在本实施例中，如图1所示，本监测与预警方法包括：

步骤1，根据智能变电站现场过程层实际情况，按过程层设备编号(IED_OBJ)、运行工况遥测量编号(DATA_CODE)，在数据库中建立好模型，并将运行工况遥测量与物理位置(比如：XX设备的XX端口)关联关系建立好。其中，运行工况遥测量一般包括但不限于：设备工作电压、温度、光口光强、交换机光口流量。

步骤2，基于网络报文采集技术、IEC61850技术，分别从站控层网络上采集MMS报文和过程层网络上采集GOOSE报文，并根据IEC61850规范，解析MMS报文获得保护、交换机的运行工况遥测量，解析GOOSE报文获得合并单元、智能终端的运行工况遥测量。按先前建立好的模型将当前值(CURVALUE)，当前值时间(CURVALUETM)存储到数据库中。

步骤3，根据配置的分析周期，到了判断设备运行工况周期，后台程序自动从数据库中获取统计时间区间内(默认为2天)的历史数据。需要说明的是，在本实施例中，统计时间区间为2天，也可以在数据库中配置为其他时长，不以此限定本发明的保护范围。

步骤4，基于所述运行工况遥测量稳定分析。将从数据库中获取到的指定统计时间区间内的历史数据，按过程层设备编号(IED_OBJ)、运行工况遥测量编号(DATA_CODE)为一个运行工况遥测量采样点，并根据采样时间进行排列为一组采样点序列。假设IED_OBJ＝1,DATA_CODE＝1101为一个实际的运行工况遥测量，该运行工况遥测量在统计时间区间内有N个采样点，N可自行设定，先假设区间内有3个采样点，当前值分别fValue1、fValue2、fValue3，先计算这3个点的平均值dAverage，再计算这些点的方差dVariance：

最后得到标准差√dVariance＝dResult。标准差表示一组数据的离散程度，标准差越接近于0，则表示该组数据分布的离平均值越近，即该组数据越稳定。所以将计算结果dResult与预先设置的标准差阀值比较，在本实施例中，标准差阀值为1，也可以在数据库中配置为其他数值，不以此限定本发明的保护范围。若计算结果dResult大于标准差阀值，则认为设备编号IED_OBJ＝1，运行工况遥测量编号DATA_CODE＝1101的点，遥测值分布比较离散，不稳定，有发生异常的趋势。同时生成稳定分析结果文件以描述出具体故障位置(比如：XX设备XX运行工况遥测量)，文件格式定义见表1，并以如图2所示的图形化的方式展示遥测值的离散程度，发送预警信息，以实现提前告警；反之则正常。

表1 状态监测预警文件格式定义

步骤5，基于所述运行工况遥测量进行趋势分析。将从数据库中获取到的指定统计时间区间内的历史数据，按过程层设备编号(IED_OBJ)、运行工况遥测量编号(DATA_CODE)为一个运行工况遥测量采样点，并根据采样时间，同一个分组时间区间内的为一组采样点序列，在本实施例中，分组时间区间为一天，也可配置为其他，不以此限定本发明的保护范围。假设IED_OBJ＝1,DATA_CODE＝1101为一个实际的运行工况遥测量，例如第一组采样点序列有4个采样点Value1-1、Value1-2、Value1-3、Value1-4，第二组采样点序列有4个采样点Value2-1、Value2-2、Value2-3、Value2-4。分别计算两组序列的平均值：dAverage1、dAverage2。再计算平均值的斜率Δslope：

式中，t表示两组采样点序列经过的时间，在本实施例中，t为一个分组时间区间。根据下式利用所得的斜率Δslope预测N个分组时间区间(在本实施例中，N为10)后的遥测值dCalculate：

dAverage2+10*Δslope＝dCalculate

将所得预测值dCalculate与运行工况遥测量的上限、下限比较，若越限，则认为设备编号IED_OBJ＝1，运行工况遥测量编号DATA_CODE＝1101的点有发生越限的趋势。由此生成趋势分析结果文件，文件格式定义见上文所示的表1，描述出具体故障位置(比如：XX设备XX运行工况遥测量)，并以如图3所示的图形化方式展示趋势分析结果(如图4)，发送预警信息，以提前告警；反之则正常。

步骤6，基于所述运行工况遥测量进行同期比对。将从数据库中获取到的指定统计时间区间内的历史数据，按过程层设备编号(IED_OBJ)、运行工况遥测量编号(DATA_CODE)为一个运行工况遥测量采样点，并根据采样时间，同一个分组时间区间内的为一组采样点序列，在本实施例中，分组时间区间为一天，也可配置为其他，不以此限定本发明的保护范围。假设IED_OBJ＝1,DATA_CODE＝1101为一个实际的运行工况遥测量，例如第一个采样序列有4个采样点Value1-1、Value1-2、Value1-3、Value1-4，第二个采样序列有4个采样点Value2-1、Value2-2、Value2-3、Value2-4。则以4个采样点数为基准(当两组序列采样点个数不一致时，则以序列中采样点个数最少的一组为基准)，即Value2-n的当前值时间(CURVALUETM)依次与Value1-n的当前值时间进行比较配对，当两个采样点CURVALUETM差的绝对值小于预设的差值阀值，则认为这两个点为同期的一组点，其中，差值阀值在建模阶段预先配置好并存储在数据库中。再将一组同期的两个点的当前值(CURVALUE)计算差的绝对值nDvalue，当配对成功的3组同期点，任一组同期点的nDvalue大于预设的阀值(该阈值于建模时在数据库中配置好)，则认为设备编号IED_OBJ＝1，运行工况遥测量编号DATA_CODE＝1101的点运行状态异常，生成同期比对分析结果文件以描述出具体故障位置(比如：XX设备XX运行工况遥测量)，文件格式定义见上文所示的表1，并以如图4所示的图形化方式展示同期比对分析结果，发出预警信息，提前告警；反之则正常。

步骤7，当通过以上步骤4、5、6中的任一种分析方式发现某台设备下的某一个点状态异常，则认为该设备运行工况异常，并发送预警信息，以采取合适措施。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于上文所述的监测与预警方法的控制系统，控制系统包括采集单元和管理单元。其中，采集单元被配置为在统计时间内采集过程层设备的运行工况信息，并得到多个运行工况遥测量。采集单元与管理单元电连接，在本实施例中，采集单元与管理单元通过网线连接，但具体连接方式根据实际情况选择，不以此限定本发明的保护范围；管理单元内设有数据处理单元，数据处理单元被配置为处理多个运行工况遥测量以得到分析结果；管理单元被配置为根据分析结果发送预警信息至外部。

本控制系统实施例的思想与上述实施例中监测与预警方法的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述监测与预警方法实施例的全部内容并入本控制系统实施例，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于智能变电站的监测与预警方法，其特征在于，用于监控智能变电站的过程层设备的运行工况，并对其进行分析，所述监测与预警方法包括：获取过程层设备的运行工况，得到多个运行工况遥测量；基于所述运行工况遥测量进行稳定分析，若分析结果为不稳定，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行趋势分析，若分析结果为越限，则发出预警信息；基于所述运行工况遥测量进行同期比对，若比对结果为异常，则发出预警信息。

2.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述运行工况遥测量包括设备工作电压和/或温度和/或光口光强和/或光口流量。

3.如权利要求2所述的监测与预警方法，其特征在于，每个运行工况遥测量包括过程层设备编号和运行工况遥测量编号，其中，所述运行工况遥测量编号与所述设备工作电压、温度、光口光强、光口流量一一对应设置。

4.如权利要求3所述的监测与预警方法，其特征在于，所述获取过程层设备的运行工况包括：采集MMS报文和GOOSE报文，并对其进行解析，得到多个运行工况遥测量。

5.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述获取过程层设备的运行工况还包括：将所述运行工况遥测量与过程层设备的物理位置关联起来，并在数据库中建立模型；获取多个运行工况遥测量后，并将其存储至所述数据库中。

6.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述基于所述运行工况遥测量进行稳定分析包括：计算多个运行工况遥测量的实际标准差，并比较所述实际标准差与预设的标准差阈值，若所述实际标准差大于所述标准差阈值，则所述分析结果为不稳定，并发出预警信息。

7.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述基于所述运行工况遥测量进行趋势分析包括：计算多个运行工况遥测量的斜率，且根据所述斜率计算预设时间区间后的运行工况遥测量的预测值，并比较所述预测值与预设的运行工况遥测量的上限值或下限值，若所述预测值大于所述上限值，或者，所述预测值小于所述下限值，则所述分析结果为越限，并发出预警信息。

8.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述基于所述运行工况遥测量进行同期比对包括：确定互为同期的多个运行工况遥测量，计算互为同期的两个运行工况遥测量的差值，并比较所述差值的绝对值与预设的差值阈值，若所述差值的绝对值大于所述差值阈值，则所述比对结果为异常，并发出预警信息。

9.如权利要求1所述的监测与预警方法，其特征在于，所述预警信息包括通过图形化方式输出的分析结果。

10.一种基于权利要求1所述的监测与预警方法的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

采集单元，其被配置为在统计时间内采集过程层设备的运行工况信息，并得到多个运行工况遥测量；

管理单元，其与所述采集单元电连接，所述管理单元内设有数据处理单元，所述数据处理单元被配置为处理所述多个运行工况遥测量以得到分析结果；所述管理单元被配置为根据所述分析结果发送预警信息至外部。

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